新型纳米加工技术的研究

朱团++王英++刑艳++刘立红++郭双林

摘 要：新型纳米加工技术是近几年迅速发展并取得突破性进展的一种纳米制造技术，利用无机纳米材料及无机—有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30 nm的图形结构制备。克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。通过新型纳米加工技术的研究，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。

关键词：纳米材料 自组装 纳米加工技术 研究

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0007-01

纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。通过新型纳米加工技术的研究，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。

1 新型纳米加工技术的基本原理

纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前，探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展，现已出现了多种纳米加工技术，新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机—有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30 nm的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100 nm后，不仅缩小了器件的尺寸，而且由于纳米尺寸效应的影响，纳米器件被赋予了许多新的特性：计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术、环境、能源等很多方面都会产生重大影响，具有重大而深远的意义。

2 新型纳米加工技术的内容

根据纳米加工技术的发展与应用前景，我们重点研究小于30 nm的纳米岛、纳米锥等图形加工方法，特别是基于无机纳米材料自组装掩模的纳米图形排布和转移加工方法。因此，研究内容主要包括两部分，即纳米图形化掩模的制备和新型纳米加工方法的研究。

2.1 纳米图形化掩模的制备

纳米材料的图形化研究；纳米材料的表面修饰；纳米材料在有机高分子中的均匀分散和图形化；基底和过渡层的选择。

2.2 新型纳米加工方法和理论的研究

反应离子刻蚀工艺的研究；刻蚀选择性研究；刻蚀深度以及纳米图形在刻蚀过程中的稳定性的研究；刻蚀机理的研究。

3 新型纳米加工技术的方法

3.1 纳米材料在不同基底材料表面的大面积有序排布与图形化控制

有效控制纳米材料大面积均匀有序排布，实现多样化的纳米掩模板制作是纳米图形转移工艺的关键步骤之一。近年来，自组装排布技术在纳米材料大面积均匀单层排布中具有广泛的应用。因此，采用纳米材料的自组装排布技术可以解决纳米掩模材料在基底表面的大面积均匀排布问题。此外，图形化高分子材料在纳米加工技术中表现出了丰富的图形变化。因此，利用纳米材料的表面修饰，结合有机图形化材料，可望获得更多排列方式和结构的纳米图形掩模，从而获得更为丰富的纳米图形结构。

3.2 刻蚀过程中纳米图形的稳定性

保持纳米图形在刻蚀过程中的稳定性是实现纳米图形转移又一关键问题之一。这一问题我们从三个方面进行研究。

（1）通过对纳米材料和基底表面进行不同的表面修饰，改善纳米材料和基底表面的结合力。

（2）利用有机高分子材料的引入，增强纳米图形的稳定性。

（3）通过选择不同的过渡层来改变纳米图形与基底表面的结合力，从而实现纳米图形在刻蚀过程中的稳定性。

3.3 纳米图形刻蚀形状与深宽比的控制

纳米图形刻蚀形状和深宽比对纳米加工材料在纳米器件中的性质和应用具有决定性的作用。图形的形状和深宽比主要取决于纳米图形的稳定性、过渡层的不同以及刻蚀条件等因素。因此，我们将综合上述因素来研究图形的形状和深宽比的控制，通过增强纳米图形的稳定性、选择不同的过渡层以及刻蚀条件来控制刻蚀的形状和深宽比，为进一步发展纳米刻蚀工艺和制备纳米器件奠定基础。

3.4 不同基底表面纳米图形的分析和表征

硅、氧化硅及太阳能电池用绒面由于柔性基底表面通常导电性较差，因此不能利用扫描电镜进行分析，我们采用原子力显微镜进行测试分析，从而克服柔性衬底的缺点。

4 新型纳米加工技术的发展潜力

纳米技术是21世纪可能会取得重要突破的三个领域之一。通过新型纳米加工技术的研究，利用无机纳米材料和无机—有机纳米复合材料的自组装方法实现纳米图形化掩模的制备，同时结合反应离子刻蚀技术实现小于30 nm的纳米岛、纳米锥等图形阵列的大面积制备和转移，并对纳米材料的排布以及刻蚀加工工艺和机理进行研究。探索纳米材料图形化有序排布的最佳条件以及图形阵列转移的最佳刻蚀工艺，为制备高密度、图形化纳米器件奠定理论和实验基础。这一研究成果不仅可以广泛应用于高密度磁存储介质、悬浮栅和单电子器件的制备，也为克服光刻限制，实现先进的纳米刻蚀技术提供新的手段。

随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，新型的纳米加工方法越来越多地引起人们的关注。新型纳米加工技术的应用非常广泛，尤其在一些发达国家，纳米加工技术的开发已经得到广泛的关注并已有多篇专利和文献被发表。如果不发展纳米加工技术，在未来的科技竞争中就可能陷入被动地位。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中也可占据主动。此外，纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用，如生物、医药、机械、电子等领域。目前世界微纳技术的总营业额将近1000亿美元，预测未来每年纳米技术的市场总额将达15000亿美元。

我国近年来对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持，很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目，并引进了具有0.13和0.09 mm生产技术能力的大型芯片企业，为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平，发展信息产业技术，抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。目前，随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟，已经得到市场广泛认可和接受，其产业化和市场化的前景是十分可观的。

5 结语

新型纳米加工技术的研究已成为21世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术是多领域、多学科、多技术的综合应用，从而实现优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，需要各学科研究者的共同努力，才能取得更大的发展。

参考文献

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